阻燃纤维.docx
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1、精品文档阻燃纤维一、概述近日,上海胶州路教师公寓大火致49人遇难;清华学堂突发大火,过火面积800;10月末有明星在片场拍摄爆炸戏时三级烧伤。火灾隐患无处不在,每年我国都发生数万起火灾,而纺织材料大量用于衣着和家庭生活,很多时候纺织品成为着火诱燃物,释放有毒气体,直接引火危害人体健康。近十年来国内纷纷建造了高层住宅和宾馆,对室内装饰用品的阻燃要求也越来越高。 一些工业发达国家很早就制订了纺织品的阻燃法规,规定剧院、医院、旅馆等公共场所的窗帘、帷帐,老人、儿童、残疾人的服装织物都必须达到一定的阻燃标准。阻燃纤维及纺织品的开发和应用越发受到社会关注。中国的阻燃技术始于上世纪50 年代,以研究棉织物
2、暂时性阻燃整理起步,但发展缓慢;上世纪 60 年代才出现耐久性纯棉阻燃纺织品;上个世纪70 年代开发了阻燃剂开始对合成纤维及混纺织物阻燃技术进行研究;上世纪80 年代,阻燃织物进入了新的发展时期,许多单位开发了棉、涤及混纺织物的阻燃剂及整理技术和阻燃合成纤维。总体来说,阻燃纤维产品正处于快速发展研究阶段 1 。二、阻燃纤维的相关机理与火源接触后,纤维不能燃烧( 如玻璃纤维 ) ,或燃烧反应不充分,仅有较小火焰燃烧( 如氯纶 ) ,火源撤走后,火焰能较快地自行熄灭的纤维都可称作阻燃纤维2 。根据纤维的极限氧指数 (LOI) 值,合成纤维可分为五个等级 :LOI30 为阻燃一级 ( 不燃 ) ,
3、LOI 为 27-30 为阻燃二级 ( 难燃 ) ,LOI 为 24-27 为阻燃三级 ( 阻燃 ) , LOI 为 21-24 为阻燃四级 ( 可燃 ) ,LOICO2SO2NH3。(4) 凝聚相阻燃。通过阻燃剂的作用,在凝聚相反应区改变纤维大分子链的热裂解反应历程,促使发生脱水、缩合、环化、交联等反应,直至炭化,以增加炭化残渣,减少可燃性气体的产生,使阻燃剂在凝聚相发挥阻燃作用。凝聚相阻燃作用的效果,与阻燃剂同纤维在化学结构上的匹配与否有密切关系。(5) 气相阻燃。添加少量抑制剂,在火焰区大量捕捉轻质自由基和氢自由基,降低自由基浓度,从而抑制或中断燃烧的连锁反应,在气相发挥阻燃作用。气相阻
4、燃作用对纤维材料的化学结构并不敏感。(6) 微粒的表面效应。若在可燃气体中混有一定量的惰性微粒,它不仅能吸收燃烧热,降低火焰温度,而且,会如同容器的壁面那样,在微粒的表面上,将气相燃烧反应中大量的高能量氢自由基,转变成低能量的氢过氧基自由基,从而抑制气相燃烧。( 7)熔滴效应:某些热塑性合成纤维,如聚酰胺、聚酯,在加热时发生收缩熔滴,与空气的接触面积减少,甚至发生熔滴下落而离开火源,使燃烧受到一定的阻碍4 。目前,纤维用阻燃剂有 : 铝、镁氢氧化物、含硼化合物、卤系阻燃剂、磷系阻燃剂四大类。其阻燃机理和典型应用如表3 所示。表 3 纤维用阻燃剂的阻燃机理及应用类别典型代表阻燃原理相关化学反应典
5、型应用。3欢迎下载精品文档铝、镁三水合吸热脱去结晶水,发生相Al(OH) 3+3H2 OHeat Al(OH)3+3H2O极少单独使氢氧化物氢氧化铝变,更高温度下吸热分解成Al(OH) 4Heat Al(OH) 3 +3H2O用,多作为协氧化物,减缓纤维热解同增效剂HO+HBr- H 2 O +Br 捕捉火焰中高活性的 HO和卤系阻燃六溴环十Br +RH-HBr+R 丙纶H,降低活性游离基浓度,剂二烷H+HBr-H:+Br 尼龙减少燃烧热2R -R 2 2Br -Br2固相阻燃,促进纤维熔滴或磷系阻燃脱水反应PETTHPC脱水分解碳化, 减少可燃气剂分解碳化纤维素纤维体的生成硼系阻燃热致熔融,
6、形成玻璃状膜被可 作 为 复 合硼砂剂覆纤维表面, 阻隔氧气扩散阻剂组分2.3. 纤维的阻燃方法工业上赋予纤维阻燃性能的方法主要有提高成纤高聚物热稳定性和原丝阻燃改性两种。2.3.1 提高成纤高聚物热稳定性提高成纤高聚物的热稳定性,也就是提高热裂解温度,抑制可燃气体的产生,增加炭化程度,使纤维不易着火燃烧。提高热稳定性有以下几种途径:( 1)在成纤高聚物的大分子链中引入芳环或芳杂环 , 增加分子链的刚性、大分子链的密集程度和内聚力 , 然后将这种高热稳定性的高聚物用湿法纺丝制成纤维。( 2)通过纤维中线型大分子链间交联反应变成三维交联结构,从而阻止碳链断裂,成为不收缩不熔融的阻燃纤维。( 3)
7、纤维在 200-300高温的空气氧化炉中停留几十分钟或数小时, 使纤维大分子发生氧化、环化、脱氢和炭化等反应,变成一种多共扼体系的梯形结构,从而具有优异的耐高温阻燃性能。( 4)通过纤维大分子中氧、氮原子与金属离子螯合交联形成立体网状结构,提高热稳定以致使纤维大分子受热后发生炭化,而具有优异的阻燃性。金属的整合度越高,极限氧指数越高 6 。2.3.2 原丝阻燃改性( 1)共聚法:在成纤高聚物的合成过程中,把含有磷、卤、硫等阻燃元素的化合物作为。4欢迎下载精品文档共聚单体 ( 反应型阻燃剂 ) 引入到大分子链中,然后再把这种阻燃性成纤高聚物用熔融纺或湿纺制成阻燃纤维,阻燃性能持久。( 2)共混法
8、:将阻燃剂加入纺丝熔体或浆液纺制阻燃纤维,适合没有极性基团的聚合物。( 3)接枝改性:用高能射线或引发剂使纤维(或织物)与单体接枝共聚,或是用含有添加型阻燃剂的溶液处理湿法纺丝过程中的初生纤维,使阻燃纤维渗入到纤维内部,从而使纤维(或织物)获得持久的阻燃性能。接枝阻燃改性纤维的阻燃性与接枝单体中阻燃元素的种类及接枝部位有关接枝部位对阻燃效果的影响次序为:芯部接枝均匀接枝 表面接枝 6 , 7 。三、阻燃纤维的研究现状3.1 目前常用的阻燃纤维品种( 1)PBI (聚苯并咪唑)纤维:有独特的耐热、耐化学品和纺织性能, ,受热和火焰作用在空气中不燃烧、不熔解、不熔滴、不收缩或脆化。在高温作用下仅散
9、发少量烟但不散发毒气。在 300或更高温度下仍保持强力和完整性,有优良的耐化学品性能,在 450时仍保持原有重量的 80%以上,在 3506h 后重量仍然保持 90%以上,在 600下能维持约5s。( 2)PVC纤维:因有一定阻燃性且成本较低,被广泛用于电力和通讯工业。在正常使用温度范围时要加入增塑剂和稳定剂,以改善加工性能,其限氧指数为32.5 ,燃烧时会冒烟。( 3)PTFE(聚四氟乙烯):为长链含氧聚合物(在高温下不熔融) ,有高拉伸和压缩强力。在高达 260连续作用下稳定,能短时间经受 290高温, 290以上开始升华,每小时重量损失 0.0002%,在 327时达到凝胶态。它在各种有
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